高强度凝胶的制备方法研究.pdf

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1、1142004年第1期<35>卷高强度凝胶的制备方法研究。董晶9陈莉9李凤雷<天津工业大学材料科学与化学工程学院9天津300160>摘要!采用一种新方法合成了具有不同交联度的聚丙烯酸过硫酸钾9在蒸馏水凝胶和聚2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(PAMPS)凝胶9并对其中重结晶提纯;N9Ni-甲基双丙烯酰胺9在1=1的丙

2、酮和三次凝胶压缩模量明显提高9且其模量随有效交联密度(PX)增加氯甲烷混合溶剂中重结晶提纯0呈线性增大O其中聚丙烯酸二次凝胶的剪切模量最大可提高2.2凝胶的合成2.3倍SPAMPS凝胶最大可提高5.5倍O对聚丙烯酸凝胶微观以聚丙烯酸凝胶的合成为例进行说明0丙烯酸一次凝胶形态的研究发现这种二次凝胶具有更为紧密的微观结构O根据自由基聚合原理9在丙烯酸水溶液中加入一定量的引发剂关键词!凝胶"二次聚合"强度"力学性能过硫酸钾和交联剂MBAA9N2气氛围下于50聚合12h得到0中图分类号!0631.2文献标识码!A其中引发剂浓

3、度和交联剂浓度<或交联密度>分别定义为引发剂文章编号!1001-9731#2004$01-0114-03和交联剂的摩尔数占单体总摩尔数的百分比0将所得一次凝胶切成小块9分别浸泡在含有交联剂的丙烯1引言酸单体溶液中9交联剂浓度分别为00.1mol%0.5mol%凝胶是由化学或物理作用力形成的亲水性三维网络聚合1mol%3mol%5mol%94存放2d后加入一定量的过硫酸物9能在水中溶胀9却不溶于水0凝胶自身柔软9是一个热力学钾9再存放2d9以使得小分子物质能够充分进入到一次凝胶内开放系统9能对环境的变化作出柔和反应0能

4、通过自身所包含部0取出一次凝胶9放入一个密闭容器中9充氮20min后密封9的液体与外界化学物质交换做功9改变分子状态0近10年来950条件下聚合12h9得丙烯酸二次凝胶0将所得二次凝胶凝胶已逐步发展成为一种在医学药学生物工程和分离工程等在蒸馏水中浸泡1周9以除去凝胶中未反应的单体交联剂和引领域有多方面应用的高新材料1^3I0但凝胶在溶胀状态下强度发剂分子0较低9其实际应用受到了很大的限制0因此有效提高凝胶的力本文将以Z及Z的形式分别对一次凝胶和二次学性能是当前凝胶研究与开发的一个重要课题0凝胶进行命名

5、9其中Z代表单体的名称9I为一次凝胶的交联密最近的研究表明9通过与具有较好机械性能的单体形成共度9N为交联密度为Imol%一次凝胶的二次交联密度0聚凝胶提高交联剂用量或改变反应温度溶剂种类和用量等聚2.3溶胀率的测定合条件有望适当改善凝胶强度9但也各存在一些问题0用称重法测定水凝胶在室温<25>下的溶胀率0在水中溶胀平衡后的凝胶9取出后用滤纸擦去表面水分9称重9得我们发现9与一般的凝胶相比9互穿聚合物网络凝胶具有更为良好的力学性能0Wen-fuLee等4I发现PNIPAM/Ws;真空干燥至恒重9得W

6、d0溶胀率SR按下式计算:SR=Ws/Wd<1>CS<聚N-异甲基丙烯酰胺/壳聚糖>半IPN及IPN凝胶均比其中单一单体均聚凝胶的力学性能有所提高0K.A.Nilhan等5I2.4凝胶力学强度的测定将溶胀平衡的凝胶样品在ShimadzuAutograph测强仪进也发现聚<2-甲基丙烯酸羟乙基>/聚-co-I半IPN凝胶显示更好的力学性能0在此基础上9我们提出式进行数据分析6I:了一种可以提高单一物质均聚凝胶力学性能的方法:

7、利用IPN2><2>TIF/A0IG进行第二次交联聚其中T是压缩模量;F是压力;A0是溶胀凝胶未变形前的合9可以得到一种力学性能优良的水凝胶<称之为二次凝胶>0受压面积;X是压缩应变量9定义为H/H00当应变较小时9剪切应力与-甲基丙磺酸凝胶9并对其力学性能和微观结构等进行了研究0呈直线关系9斜率即为凝胶的剪切模量0凝胶的有效交联2实验密度<>则可由其剪切模

8、量和溶胀率计得6I:PX1/3/RT<3>PX=GO2.1药品与试剂4-1K-1>;T为其中R为气体常数<8.48X10gcmmol丙烯酸9减压蒸绝对温度0馏除去阻聚剂;2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸<2-acrylamide-2-methyl-propanes-ulfonicacid